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Die
Erfindung betrifft einen Solarkollektor mit rohr- oder schlauchförmigen Leitungselementen,
die endständige
und zum Anschluss an strömungsaufwärts- oder -abwärts benachbart
angeordnete Leitungselemente dienende Anschlussenden aufweisen,
wobei an dem Anschlussende des Solarkollektors ein Balg angeschlossen
ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Solarkollektoranordnung
aus zwei oder mehreren derartigen Solarkollektoren und schließlich eine
Anschlussverschraubung für
einen Solarkollektor.
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Üblicherweise
bestehen Solarkollektoren aus einem Gehäuse mit einer darin angeordneten Kollektorplatte
sowie mit der Kollektorplatte wärmeleitend
verbundenen Kollektorleitungselementen, die wiederum zu Sammelleitungselementen
führen,
welche seitlich aus dem Gehäuse
vorstehen, wobei durch die Kollektor- und die Sammelleitungselemente
das zu erwärmende
Medium zirkuliert. Üblicherweise
werden mehrere solcher Solarkollektoren in Reihe geschaltet, um
die Kollektorfläche
zu vergrößern. Hierbei
werden die Anschlussenden benachbarter Solarkollektoren in der Regel
miteinander verschraubt. Eine solche Verschraubung für Solarkollektoren
ist beispielsweise in der
DE
20 2004 005 579.1 offenbart.
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Aus
der
DE 202 09 222.4 ist
es bekannt, an dem Anschlussende einen Kompensator bzw. Balg anzuordnen,
um temperaturbedingte Längendehnungen
und Montageungenauigkeiten ausgleichen zu können. Ein solcher Kompensator
bzw. Balg ist dabei in der Lage, seine Länge um etwa 20 bis 30 % zu
verändern
und auch Radial- und Lateralbewegungen bzw. -abweichungen aus zugleichen.
Zum Festlegen an dem Anschlussende ist das dem Anschlussende zugewandte
Ende des Kompensators auf- und umgebördelt und mit einem Anschlusselement
mit Außengewinde
versehen; auch das Anschlussende ist auf- und umgebördelt unter Ausbildung eines
sich radial nach außen
erstreckenden Umfangsrandes, der eine Überwurfmutter hält; unter
Zwischenfügung
eines Dichtrings werden so Überwurfmutter
und Anschlusselement in Eingriff gebracht, und die beiden Bördelenden
von Anschlussende und Kompensator- bzw. Balgende werden gegen den Dichtring
gepresst. Eine solche Verbindung wird als flach dichtende Verschraubung
bezeichnet.
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Die
Erfahrung auf dem Markt zeigt, dass mittlerweile aus optischen Gründen vom
Kunden nur solche Verschraubungen akzeptiert werden, die es ermöglichen,
zwei benachbarte Solarkollektoren mit minimalem Abstand nebeneinander
anzuordnen; denn der optische Eindruck einer Solarkollektoranlage
ist umso besser, je einheitlicher die Solarkollektoren aussehen
bzw. je weniger eine durch die Verschraubungen bedingte Lücke zwischen
zwei benachbarten Solarkollektoren erkennbar ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde,
einen Solarkollektor der eingangs genannten Art zur Verfügung zu
stellen, der sich durch eine gegenüber dem Stand der Technik verkürzte Baulänge auszeichnet
und dennoch durch Verwendung eines Balgs bzw. Kompensators dazu
in der Lage ist, Montageungenauigkeiten und temperaturbedingte Längenänderungen
reversibel auszugleichen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass Anschlussende und Balg ineinandergesteckt sind und über eine
Klemmring-Verschraubung aneinander festgelegt sind. Durch das Ineinanderstecken
von Anschlussende und Balg lässt
sich die gesamte Bauteillänge
der Anschlussverschraubung wesentlich reduzieren, indem sich beide
Bauteile im ineinandergesteckten Bereich radial überlappen. Darüber hinaus
kann man auf den im Stand der Technik erforderlichen Dichtring verzichten,
erzielt durch Verwendung einer Klemmringverschraubung mit metallischer
Abdichtung noch dazu eine bessere Dichtigkeit mit einer größeren Lebensdauer
und verkürzt
durch das Weglassen des axial zwischen die beiden Anschlussenden
anzuordnenden Dichtrings die gesamte Bauteillänge weiter.
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Es
ist des Weiteren von Vorteil, wenn der Balg glattwandige, insbesondere
zylindrische Balg-Anschlussenden aufweist und auf der radialen Außenseite
der Balg-Anschlussenden als Teil der Klemmringverschraubung ein
Anschlusselement mit Außengewinde
angeordnet und über
eine radiale, insbesondere konische Aufweitung des freien Endes des
Balganschlussendes unverlierbar gehalten ist. Im Gegenzug dazu ist
vorteilhafterweise auf dem Anschlussende des Solarkollektors als
Teil der Klemmringverschraubung ein Klemmring und eine Überwurfmutter
angeordnet.
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Hierdurch
lässt sich
das Anschlussende des Solarkollektors in das Balganschlussende einstecken und
so eine metallische Abdichtung zwischen Anschlussende des Leitungselements
und Klemmring einerseits sowie zwischen Klemmring und aufgeweitetem
Ende des Balganschlussendes andererseits herstellen. Denn beim Anziehen
der Klemmringverschraubung drückt
die Überwurfmutter
den Klemmring in das aufgeweitete Ende des Balganschlussendes, das
Balganschlussende fungiert hierauf als Widerlager und sorgt dafür, dass
der Klemmring in Radialrichtung nach innen auf das Anschlussende
des Leitungselements gedrückt
und so reib- und/oder formschlüssig
am Anschlussende des Leitungselements festgelegt wird.
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Das
Balganschlussende ist dadurch in die an sich bekannte Klemmringverschraubung
einbezogen und ist hierzu in seiner Form an das Anschlusselement
mit Außengewinde
angepasst, indem es in der für
Klemmringverschraubungen üblichen
Weise ebenfalls eine konische Flanke für die Beaufschlagung durch
den Klemmring aufweist, um den Klemmring beim Anziehen der Überwurfmutter
in Radialrichtung nach innen zu drücken. Durch die geringe Wandstärke des
Balges lassen sich handelsübliche Klemmringverschraubungen
unverändert
beim vorliegenden Solarkollektor verwenden, ohne dass hierdurch
die Funktion beeinträchtigt
wäre.
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Indem
man die im Stand der Technik bekannte flach dichtende Verschraubung
mit Dichtring erfindungsgemäß durch
die Klemmringverschraubung ersetzt, werden die beim Stand der Technik
vorhandenen zwei Abdichtungsbereiche beidseits des Dichtrings auf
einen gemeinsamen Axialbereich verschmolzen, in welchem der Klemmring
auf seiner radialen Außenseite
gegen das konisch aufgeweitete Anschlussende des Balgs und auf seiner
radialen Innenseite gegen das Anschlussende des Leitungselements
drückt.
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Eine
weitere Verkürzung
der Gesamtlänge der
Verschraubung lässt
sich dadurch erzielen, dass sich nicht nur das Anschlussende des
Solarkollektors und der Balg mit seinem Balganschlussende radial überlappen,
sondern dass ein am Balg festgelegtes Anschlusselement so ausgebildet
und angeordnet ist, dass es sowohl den Bereich des im Wesentlichen zylinderförmigen Balganschlussendes
umgibt, als auch einen Teil der Balgwellungen. Demnach empfiehlt
es sich, dass der Balg einen zentralen ringgewellten Bereich aufweist,
dessen lichter Außendurchmesser
im Wesentlichen dem Außendurchmesser des
Anschlussendes des Solarkollektors entspricht und dass der lichte
Außendurchmesser
des Balgs kleiner ist als der Innendurchmesser des Anschlusselementes.
Zwar weist das Anschlusselement eine gewisse axiale Mindestlänge auf,
um einerseits ein Außengewinde
für die
Klemmringverschraubung bzw. die dabei verwendete Überwurfmutter
zur Verfügung
zu stellen und andererseits einen Sechskant, um das Anziehen der Überwurfmutter
zu erleichtern; jedoch ist es für
die Funktion des Solarkollektors und der Verschraubung nicht erforderlich,
dass das Anschlusselement nur im Bereich des zylindrischen Balganschlussendes
angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird somit
vorgesehen, dass sich der zentrale gewellte Bereich bis in das Anschlusselement
hinein erstrecken kann, so dass sich der zentrale gewellte Bereich und
das Anschlusselement in Radialrichtung überlappen; indem demgemäß das Balganschluss
kürzer ausgebildet
werden kann, lässt
sich auch die gesamte Axiallänge
der Verschraubung entsprechend reduzieren.
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Um
die Funktion der Klemmringverschraubung zu gewährleisten, empfiehlt es sich,
wenn das Anschlussende des Solarkollektors auf seiner radialen Innenseite
ein ringförmiges
Stützelement
aufweist, das als Widerlager für
die Klemmringverschraubung dient. Zieht man die Klemmringverschraubung
an, so wird die axiale Zustellbewegung der Überwurfmutter in eine radiale
Kraftkomponente umgewandelt, die der Klemmring auf das Anschlussende
des Solarkol lektors ausübt.
Um hier ein Kollabieren des Anschlussende des Solarkollektors zu vermeiden
bzw. das Anschlussende entsprechend zu unterstützen, wird einfach auf der
radialen Innenseite ein stabiles Stützelement vorgesehen, das ringförmig mit
zylindrischem Verlauf ausgebildet sein kann oder sich beispielsweise
auch mit L-förmigen
Ringquerschnitt am freien Ende des Anschlussendes des Solarkollektors
abstützen
kann.
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Was
den Klemmring betrifft, so sind für diesen verschiedene Querschnittsformen
denkbar. So kann der Klemmring zumindest teilweise einen kreisbogenförmigen Außenquerschnitt
(bezogen auf die Axialrichtung) aufweisen oder eine wellenförmige, konische
oder entgegengesetzt doppelkonische Außenform. Wichtig ist für die Funktion
der Klemmringverschraubung lediglich, dass der Klemmring eine geneigt
zur Axialrichtung verlaufende Führungsfläche für das Anschlusselement
aufweist und dass das Anschlusselement im die Führungsfläche beaufschlagenden Bereich
entsprechend angepasst ausgebildet ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung des
Solarkollektors bzw. der Verschraubung lässt sich insgesamt eine Verschraubungsgesamtlänge von
unter 75 mm und insbesondere von weniger als 65 mm und sogar bis
unter 60 mm erzielen, was sich deutlich vom Stand der Technik unterscheidet
und dennoch aufgrund der Verwendung eines Balgs die in der Praxis
vorteilhaften Anpassungen an Längenänderungen
und Montageungenauigkeiten etc. ermöglicht. Eine Verkürzung der
Verschraubungsgesamtlänge
führt neben
einer Reduzierung des Abstands zwischen zwei benachbarten Solarmodulen
auch zu einer Vergrößerung der
Nettodachfläche.
Bei großen Dachflächen ist
es nicht unüblich,
Kollektorverbände mit
500 bis 600 Solarmodulen einzubauen und es ist unschwer erkennbar,
dass dort eine Reduzierung der Verschraubungslänge bereits von wenigen Millimetern
dazu führt,
dass man auf dem Dach in der Gesamtheit einige Solarmodule mehr
anordnen und somit die Wärmeausbeute
erhöhen
kann.
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Durch
die Reduzierung der axialen Länge der
Verschraubung werden aber auch die thermischen Verluste im Bereich
der Verschraubung reduziert; denn weder die Verschraubungsteile
noch der Balg sind in der Regel isoliert; und nachdem zwischen den
Solarmodulen ein Kamineffekt mit einem starken Luft strom entsteht,
wirken die Verschraubungselemente und der Balg wie eine Art Wärmetauscher,
bei dem der starke Luftstrom die Wärme des Kollektormediums teilweise
abtransportiert und somit reduziert. Eine verkürzte Verschraubungslänge führt somit
auch zu einer Reduzierung der Wärmeverluste.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine Solarkollektoranordnung
bestehend aus mehreren zueinander benachbarten Solarkollektoren
gemäß zumindest
Anspruch 1. Die eingangs geschilderte Aufgabenstellung trifft auch
auf die Solarkollektoranordnung zu, indem eine Anordnung zur Verfügung gestellt
werden soll, die sich durch einen geringeren Abstand zwischen zwei
benachbarten Solarkollektoren auszeichnet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Anschlussenden der beiden zueinander benachbarten Solarkollektoren
in die Balganschlussenden eingesteckt sind und dass der Balg an
seinen beiden Balganschlussenden über jeweils eine Klemmringverschraubung
am jeweiligen Anschlussende der zueinander benachbart angeordneten
Solarkollektoren festgelegt ist.
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So
lässt sich
erreichen, dass bei ineinandergesteckten Anschlussenden und Balg
im unverschraubten Zustand der maximale axiale Platzbedarf der beiden
Klemmringverschraubungen mit dem Balg weniger als 75 mm beträgt und damit
deutlich weniger als bei den im Stand der Technik bekannten Anordnungen.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine Anschlussverschraubung für die Verbindung zweier aneinander
anzuschließender
Leitungselemente von Solarkollektoren nach Anspruch 1. Um die eingangs geschilderte
Aufgabenstellung zu lösen,
besteht die Anschlussverschraubung aus einer Klemmringverschraubung
und sind Anschlussende des Leitungselements und Balganschlussende
ineinandergesteckt und durch die Klemmringverschraubung aneinander festgelegt.
Hierzu weist der Balg im Wesentlichen zylindrische Balganschlussenden
auf und radiale, insbesondere konische endständige Aufweitungen, ist auf
der radialen Außenseite
des Balganschlussendes als Teil der Klemmringverschraubung ein Anschlusselement
mit Außengewinde
angeordnet und ist auf das Anschlussende des Leitungselements als Teil
der Klemmringverschraubung ein Klemmring mit einer Überwurfmutter
aufgesteckt, so dass die Überwurfmutter
mit dem ihr zugeordneten Anschlusselement verschraubbar ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der
Zeichnung; diese zeigt in
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1 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anschlussverschraubung,
teilweise in Explosionsdarstellung und in
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2 eine
der Darstellung in 1 entsprechende Ansicht einer
alternativen Anschlussverschraubung.
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In 1 ist
in teilweise geschnittener Seitenansicht ein Ausschnitt einer Solarkollektoranordnung dargestellt,
bei dem Leitungselemente 1, 2 von zueinander benachbart
angeordneten (und in 1 nicht dargestellten) Solarkollektoren
miteinander fluchten und jeweils ein zylindrisches Anschlussende 1a, 2a aufweisen,
das auf seiner radialen Außenseite
einen Klemmring 3, 4 und eine Überwurfmutter 5, 6 trägt. Zur
besseren Veranschaulichung des Aufbaus ist die rechte Verschraubung
in montiertem Zustand und die linke Verschraubung in Explosionsdarstellung
gezeigt.
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Zwischen
den beiden Anschlussenden 1, 2 ist ein Balg 7 angeordnet,
der einen zentralen ringgewellten Bereich 7a und zwei zylindrische
glattwandige Balganschlussenden 7b, 7c aufweist,
wobei diese Anschlussenden endständige
radiale konische Aufweitungen 7d, 7e aufweisen.
Auf den zylindrischen Balganschlussenden 7b, 7c sind
als Teil einer Klemmringverschraubung Anschlusselemente 8, 9 mit
Außengewinde
aufgesteckt und zwischen dem gewellten zentralen Balgbereich 7a und
den konischen Aufweitungen 7d, 7e formschlüssig gehalten.
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Das
Montieren dieser Anschlussverbindung erfolgt nun dadurch, dass das
Anschlussende 1a, 2a des Leitungselements 1, 2 in
die endständige
konische Aufweitung 7d, 7e des Balgs 7 eingesteckt
werden, dass der Klemmring 3, 4 gegen die konische Aufweitung 7d, 7e geschoben
wird und die Überwurfmutter 5, 6 in
Eingriff mit dem Außengewinde
der Anschlusselemente 8, 9 gebracht und angezogen
wird. Im Zuge des Anziehens der Überwurfmutter
drückt diese
den Klemmring weiter gegen die konische Aufweitung 7d, 7e des
Balg 7, wo durch der Klemmring 3, 4 sich
an der konischen Aufweitung 7d, 7e abstützend in
Radialrichtung nach innen auf das Anschlussende 1a, 2a gedrückt wird
und dieses so reibschlüssig
festlegt.
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Aus 1 ist
unschwer ersichtlich, dass die Gesamtlänge der Verschraubungen und
des Balgs sehr gering ausfällt,
wobei sie im nicht angezogenen Zustand der Überwurfmuttern lediglich einen
maximalen axialen Gesamtplatzbedarf P bzw. hier P1 zwischen
den voneinander abgewandten Seiten der Überwurfmuttern von 75 mm aufweisen
und vorzugsweise im Bereich von nur 65 mm (in der Zeichnung 1 ist
wegen der auf der einen Anschlussseite vorgesehenen Explosionsdarstellung
nur P1/2 dargestellt, wobei der Aufbau symmetrisch
ist und so aus der Zeichnung der Gesamtplatzbedarf direkt ableitbar
ist).
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In 2 sind
gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Lediglich
sind statt der doppelkonischen Klemmringe 3, 4 nun
etwas anders geformte doppelkonische Klemmringe 13, 14 vorgesehen.
Der wesentliche Unterschied der Ausführungsform der Verschraubung
gemäß 2 besteht darin,
dass der gewellte Bereich 7a des Balgs 7 einen lichten
Außendurchmesser
da aufweist, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser Da des Anschlusssendes 1a, 2a des
Solarkollektors entspricht. Als Bezugsgröße kann neben dem Außendurchmesser
Da des Anschlussendes auch der Außendurchmesser
dba bzw. dca des
zylindrischen Balganschlussendes 7b, 7c dienen,
so dass in diesem Fall der lichte Außendurchmesser da etwa dem
Außendurchmesser
dba, dca des Balganschlussendes 7b, 7c entsprechen
würde.
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In
beiden Fällen
heißt
dies, dass der lichte Außendurchmesser
da kleiner ist als der lichte Innendurchmesser
Di des Anschlusselementes 8, 9 und dass
das Anschlusselement 8, 9 nicht nur das Balganschlussende 7c, 7b beaufschlagen
kann, sondern sich auch bis über
den zentralen ringgewellten Bereich 7a erstrecken kann,
wodurch der maximale axiale Gesamtplatzbedarf P bzw. hier P2 noch einmal reduziert wird auf ein Maß von 65
mm bis hin zu 60 mm (in 2 ist wiederum nur P2/2 dargestellt).
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Vergleicht
man die Bauformen gemäß der 1 und 2,
so erkennt man, dass jedes Anschlusselement 8, 9 den
Balg 7 in der Bauform gemäß 2 in der
axialen Länge
von etwa zwei Wellen überlappt,
so dass die axiale Gesamtlänge
um die axiale Länge
von insgesamt vier Wellen verkürzt
ist, wodurch sich die reduzierte Gesamtlänge in der Größenordnung
von 60 mm erreichen lässt.
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Zusammenfassend
bietet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, zwei benachbarte
Solarkollektoren mit minimalen Abstand aneinander anzuordnen und
anzuschließen
und aber diesen Abstand auch noch für einen beweglichen Balg zu
nutzen, der zum Ausgleich von Montageungenauigkeiten und von temperaturbedingten
Längenänderungen
dient. Erfindungswesentlich dabei ist die Tatsache, dass die Anschlussenden
des Solarkollektors in die Balganschlussenden eingesteckt sind und
dort über
eine Klemmringverschraubung festgelegt sind.